基于深部開采條件下的沖擊地壓預測與防治技術研究

摘 要：沖擊地壓作為礦山災害的一種，隨著我國深部開采礦井的增多，沖擊地壓災害發生次數逐年升高。深部開采條件下進行沖擊地壓預測與防治，已經成為眾多學者關注的重要問題。本文以某礦東四盤區4#煤層30114E工作面為研究對象，對工作面發生沖擊地壓的可能性進行預測和防治研究，提出對應的解決方案和措施，為將來類似煤礦提供有益的參考。

關鍵詞：深部開采；沖擊地壓；預測與防治

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2017.17.052

0 引言

煤礦井下開采過程中，使煤、巖層內部儲存的能量在高應力的作用下短時間內突然釋放，在釋放過程中拋出的煤巖體對工作面、巷道中的作業人員的人身安全及井下設備造成嚴重威脅，這種現象稱之為沖擊地壓。針對沖擊地壓的研究，國內外專家從18世紀至今從未間斷，受限于其發生時的多樣性、隨機性及突然性等特點，盡管廣大研究人員先后提出了能量理論、剛度理論和強度理論等觀點，也總結出了經驗類比法、局部探測法等相關預測方法，但對沖擊地壓的發生和防治依然無法達到完全杜絕，尤其是當前各個煤礦都有深部開采的趨勢下，沖擊地壓問題愈發需要引起重視。結合國內外煤礦的相關統計數據顯示，沖擊地壓發生的頻率和強度會隨開采深度加深而增大，當超過600m采深后，發生沖擊地壓的概率以及強度都持續大幅增加，參見圖1。

本文以某礦東四盤區4#煤層30114E工作面為研究對象，該煤層埋深大，平均深度為800～1000m，綜合煤層性質和地質條件，其發生沖擊地壓可能性大幅度增加，故對沖擊地壓的預測和防治進行研究是很有必要的。

1 工程概況

該礦東四盤區4#煤層30114E綜放工作面長度300m，走向1200m，東臨實體煤，南接606軌道巷、回風大巷及運輸大巷，西接30114E工作面采空區，北部為保護煤柱。所采4#煤層賦存于山西組下部，采高4m，煤層傾角0°～38°，平均14°，埋深約800～1000m，結構相對復雜，總體來說仍屬全井田可采的穩定煤層。4#煤層頂板以泥巖為主。底板為泥巖、砂質泥巖及粘土泥巖多層混合，工作面掘巷過程中揭露9條斷層。

2 預測技術

（1）鉆屑量監測。①對30114E工作面上、下巷超前40～120m范圍，布置直徑50mm的鉆孔，鉆孔孔深12m。記錄監測每天每孔每米的鉆屑量，繪出正常鉆屑量曲線圖，計算出標準鉆屑量。每次監測后須留有大于5m的安全距離。對工作面內可能存在沖擊危險的特殊地質構造區，需要制定專門的鉆屑量監測方案，實行長期動態監控。②明確沖擊地壓危險的鉆屑量臨界值。判定工作面沖擊礦壓危險性的鉆粉率指數。如果檢測到的鉆屑量超過臨界指標，或出現卡鉆、鉆桿躍動、頂鉆、壓死鉆桿等現象，可認為煤體處于臨界應力狀態，必須及時采取相應的解危措施。（2）微震監測。采用ARSMIS M/E微震監測系統，監測30114E工作面的微震活動，每日當值人員要在回風大巷、膠帶大巷和30114E工作面兩順槽固定布置多臺檢振器，通過統計工作面微震活動的強弱及發生頻次，計算釋放能量，評價及預測工作面沖擊地壓危險性。（3）應力監測。安裝應力在線監測系統，對30114E工作面煤巖體應力狀況進行動態監測。其中，應力監測探頭需安裝在工作面巷道的實體煤中，每兩組的布置間距為30m，每組再設兩個應力監測計，作業人員需全天不間斷觀測各鉆孔受力情況，統計應力監測數據、分析應力的變化情況，并制作相關報表及時匯報。

3 防治措施

30114E工作面掘進期間，主要采用大直徑鉆孔卸壓、高壓注水及煤體卸壓爆破三方位綜合防治措施。

（1）大直徑鉆孔卸壓。巷道每隔4～5m實施一個大直徑鉆孔，鉆孔垂直于煤幫，距離底板1～2m。鉆孔孔徑φ150mm，孔深取30m。施工鉆孔的進度需要緊接掘進迎頭進度。兩者之差需小于40m。當沖擊地壓卸壓解危效果不明顯，則應進一步加大卸壓鉆孔的數目，參數同上。（2）高壓注水。在工作面掘進期間，位于滯后掘進面40m處實施高壓注水。具體參數：注水孔徑φ70mm，間隔距離15～20m，孔深取45m，封孔15m，注水壓力15～20MPa，每孔滲流量4m3/h。工作面回采期間，對4#煤層進行中長孔交互注水，中孔80～100m，長孔130～150m，注水壓力15～20MPa。（3）煤體卸壓爆破。在工作面掘進過程中，針對沖擊地壓危險區域實施煤體爆破卸壓。具體參數：采用煤電鉆、麻花鉆桿配合φ45mm鉆頭施工煤幫炮眼。炮眼距底板1.5m，孔深20m，間距6m，雙排布置，炮眼平行于底板，但垂直于煤幫。采用反向裝藥封孔，長度10m，裝藥量3kg。

4 結語

（1）30114E工作面埋深接近800m～1000m、地質構造相對復雜，所采4#煤層具有強沖擊傾向性特點，工作面巷道沖擊地壓危險性較大。（2）通過鉆屑量監測、應力監測及微震監測等多種監測手段，對30114E工作面煤巖體應力狀況進行動態監測，為沖擊地壓的預測提供有益參考。（3）針對30114E工作面存在的沖擊地壓危險問題，通過采用大直徑鉆孔卸壓、高壓注水及煤體卸壓爆破三方位綜合防治措施，達到避免沖擊地壓危險發生的目的。

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作者簡介：李超（1989-），男，山西大同人，碩士在讀，研究方向：礦山壓力與巖層控制。endprint